Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền của dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRIỆU QUÝ HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN
MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ TiAlN KHI
PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TƠI

Chun ngành: Kỹ Thuật cơ khí

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHÒNG QLĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Văn Hùng
XÁC NHẬN KHOA CƠ KHÍ

PGS.TS. Nguyễn Văn Dự

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRIỆU QUÝ HUY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ CHẾ ĐỘ CẮT ĐẾN
MÒN VÀ TUỔI BỀN CỦA DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ TiAlN KHI
PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TƠI

Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy
Mã số: TNU11862504002

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Văn Hùng

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

LỜI CẢM ƠN
Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin trân trọng cảm ơn: Thầy giáo TS.
Nguyễn Văn Hùng - Thầy hƣớng dẫn khoa học của tôi về sự định hƣớng đề
tài, sự hƣớng dẫn tận tình của Thầy trong việc tiếp cận và khai thác các tài
liệu cũng nhƣ những chỉ bảo trong q trình tơi làm thực nghiệm và viết luận
văn. Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới: Thầy giáo ThS. Đặng Văn Thanh đã tạo
điều kiện hết sức thuận lợi cho tơi đƣợc tiến hành thí nghiệm tại Trung tâm thí

nghiệm của trƣờng ĐHKT Cơng Nghiệp trong suốt q trình hồn thành luận
văn này. Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn cán bộ Khoa Sau đại học của trƣờng,
cán bộ phịng thí nghiệm khoa cơ khí – ĐHKTCN đã dành cho tôi những điều
kiện thuận lợi nhất, giúp tơi hồn thành nghiên cứu của mình. Cuối cùng tơi
xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên,
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Thái Nguyên, Ngày 26 tháng 02 năm 2014
Học viên

Triệu Quý Huy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

MỤC LỤC
Nội dung

Tran
g
1

Trang 1
Lời cảm ơn

2

Mục lục

3

Danh mục các bảng số liệu

7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị, ảnh chụp.

8

Phần mở đầu

12

1. Tính cấp thiết của đề tài

12

2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài

13

2.2. Đối tƣợng nghiên cứu

13

2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

14

3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
3.2. Ý nghĩa thực tiễn

14

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG

15

1.1. Khái niệm về quá trình phay

15

1.2. Các yếu tố cắt của dao phay

16

1.2.1. Chiều sâu cắt ap

17

1.2.2. Lƣợng chạy dao S

17

1.2.3. Vận tốc cắt khi phay

17

1.2.4. Chiều sâu phay t

18

1.2.5. Chiều rộng phay B

18

1.2.6. Góc tiếp xúc 

19

1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay

19

1.3. Các thành phần lực cắt khi phay

20

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14
14

/>

1.4. Quá trình phay cứng

21

1.5. Kết luận chƣơng 1

23

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT 24
ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN KHI PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA
TƠI BẰNG DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ
2.1. Mịn của dụng cụ khi phay

24

2.1.1. Các dạng mòn của dụng cụ cắt

25

2.1.2. Các cơ chế mòn của dụng cụ cắt

27

a. Mòn do cào xƣớc

28

b. Mịn do dính

28

c. Mịn do hạt mài

29

d. Mịn do khuếch tán

30

e. Mịn do ơxy hố

31

f. Mịn do nhiệt

31

2.1.3. Cách xác định mòn dụng cụ cắt

31

2.1.4. Ảnh hƣởng của mòn dụng cụ đến chất lƣợng bề mặt gia cơng

33

2.2. Ma sát và mịn của dụng cụ phủ.

34

2.2.1. Ma sát của dụng cụ phủ

34

2.2.2. Mòn của dụng cụ phủ.

35

2.3. Mòn dao phay cứng

36

2.4. Tuổi bền dụng cụ cắt

37

2.4.1. Khái niệm chung về tuổi bền của dụng cụ cắt

37

2.4.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến tuổi bền của dụng cụ cắt

39

2.4.2.1. Ảnh hƣởng của chế độ cắt đến tuổi bền của dụng cụ cắt

39

2.4.2.2. Vai trò của lớp phủ cứng trong việc tăng tuổi bền của dụng cụ

40

2.5 Phƣơng pháp xác định tuổi bền dụng cụ cắt

42

2.6. Mòn và tuổi bền của dụng cụ khi phay cứng

43

2.6.1. Mòn của dao phay cứng

43

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2.6.2. Tuổi bền của dao phay cứng

44

2.7. Kết Luận chƣơng 2

44

CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

45

3.1. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm.

45

3.1.1. Lý thuyết thực nghiệm.

45

3.1.1.1. Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm

45

a. Nguyên tắc ngẫu nhiên

45

b. Nguyên tắc lặp lại

45

c. Nguyên tắc tạo khối

45

3.1.1.2. Các loại thí nghiệm

46

a. Thí nghiệm sàng lọc

46

b. Thí nghiệm so sánh

46

c. Thí nghiệm tối ƣu hóa

46

3.1.1.3. Lựa chọn thiết kế thí nghiệm

47

3.1.2. Cơ sở lý thuyết

47

3.1.2.1. Thực nghiệm tối ƣu hố

47

3.1.2.2. Tiến trình tối ƣu hố

48

3.1.2.3. Mức độ phù hợp của mơ hình

48

3.1.2.4. Kế hoạch thí nghiệm bề mặt chỉ tiêu

49

3.1.2.5. Phƣơng pháp đo và tổng hợp kết quả đo

49

3.1.3. Các giới hạn của thí nghiệm.

50

3.1.4. Các thơng số đầu vào của thí nghiệm

50

3.1.5. Các hàm mục tiêu

51

3.1.6. Chọn dạng hàm hồi quy

51

3.1.7. Xây dựng ma trận thí nghiệm

52

3.1.8. Trang thiết bị thí nghiệm

53

3.1.8.1. Máy thí nghiệm

53

3.1.8.2. Dụng cụ cắt thí nghiệm

54

3.1.8.3. Phơi

55

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

3.1.8.4. Dụng cụ đo kiểm

55

3.2. Tiến hành thí nghiệm

56

3.3. Xử lý kết quả thí nghiệm

57

3.3.1. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lực cắt F.

57

a. Nhập kết quả thí nghiệm

57

b. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và lực cắt

59

c. Phân tích biểu đồ và lời khun cơng nghệ.

60

3.3.2. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu lƣợng mòn hs.

60

a. Nhập kết quả thí nghiệm

60

b. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và lƣợng mịn

62

c. Phân tích biểu đồ và lời khuyên công nghệ.

63

3.3.3. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và tuổi bền

64

3.3.4. Phân tích số liệu thực nghiệm với hàm mục tiêu nhám bề mặt.

65

a. Nhập kết quả thí nghiệm

65

b. Biểu đồ quan hệ giữa vận tốc, lƣợng chạy dao và nhám bề mặt

66

c. Phân tích biểu đồ và lời khun cơng nghệ.

66

3.3.5. Mối liên hệ giữa các thành phần lực, lƣợng mòn, tuổi bền, nhám 67
bề mặt và các thông số chế độ cắt
3.3.6. Thử nghiệm và đánh giá kết quả đã chọn

68

3.4. Kết luận chƣơng 3

69

CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Tài liệu tham khảo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

80

81

/>

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
TT

Bảng số

Tran
g

Nội dung
Giá trị tính tốn giá trị thơng số chế độ cắt V, S

1

Bảng 3.1 cho thực nghiệm

51

2

Bảng 3.2 Ma trận thí nghiệm

52

3

Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật cơ bản của máy

53

4

Bảng 3.4

5

Bảng 3.5

Thành phần các nguyên tố hoá học thép
CR12MOV
Bảng quy hoạch và kết quả thực nghiệm xác định
tuổi bền của dao

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

55
56

/>

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHP
TT

Hỡnh

Ni dung

Tran
g

1

Hỡnh 1.1

Dao phay trụ răng xoắn

15

2

Hỡnh 1.2

Dao phay mặt đầu

16

Dao phay răng nhọn và dao phay hớt l-ng

16

Các yếu tè c¾t khi phay

16

Tốc độ cắt khi phay

17

Góc tiếp xúc khi phay

19

Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn

21

Mịn mặt sau

25

Mịn mặt trƣớc

26

3
4
5
6
7
8
9

Hình 1.3
Hình 1.4

Hình 1.5
Hình 1.6

Hình 1.7
Hình 2.1

Hình 2.2

10

Hình 2.3

Mịn đồng thời mặt trƣớc và mặt sau

26

11

Hình 2.4

Cùn lƣỡi cắt

26

12

Hình 2.5

Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mịn khi 27
cắt liên tục

13

Hình 2.6

Ảnh hƣởng của vận tốc cắt đến cơ chế mòn khi 28
cắt gián đoạn

14

Hình 2.7

Quan hệ giữa một số dạng mịn của dụng cụ hợp 32
kim cứng với thể tích Vc .t10,6 , trong đó V tính
bằng m/ph; t1 tính bằng mm/vg

15

Hình 2.8

Các thơng số đặc trƣng cho mịn mặt trƣớc và 33
mặt sau – ISO3685

16

Hình 2.9

Sơ đồ 3 vùng ma sát của Shaw,Ber và Mamin.

17

Hình 2.10

Sơ đồ thể hiện 3 giai đoạn mịn mặt trƣớc của 37

35

dụng cụ thép gió phủ TiN

18

Hình 2.11

Vị trí lực cắt tác dụng vào dao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

39

/>

19

Hình 2.12

Quan hệ V.T-V và V.T.a khi cắt thép 40Cr
Quan hệ tuổi bền của dao thép gió phủ PVD

40

20

Hình 2.13.a

21

Hình 2.13.b

22

Hình 2.14

23

Hình 2.15

Quan hệ giữa tốc độ cắt V và tuổi bền T của dao

42

24

Hình 2.16

Quan hệ giữa V và T (đồ thị lơgarit)

43

25

Hình 3.1.a

Sơ đồ thí nghiệm 22

49

26

Hình 3.1.b

4 thí nghiệm dọc trục và 1 thí nghiệm trung tâm

49

27

Hình 3.1.c

Thí nghiệm CCD

49

28

Hình 3.2

Các thơng số mảnh dao

54

29

Hình 3.3

Kết cấu thân dao

54

30

Hình 3.4

Sơ đồ gá dao

55

31

Hình 3.5

32

Hình 3.6

33

Hình 3.7

34

Hình 3.8

35

Hình 3.9

theo vận tốc cắt dao tiện
Dao phay mặt đầu dùng để phay thép cácbon tôi
cải thiện.
Quan hệ giữa thời gian, tốc độ và độ mòn của
dao

Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và lực cắt
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và lực cắt
Sơ đồ đo mịn dao theo góc sau
Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và lƣợng mòn
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và lƣợng mịn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

41

41

42

59

59
62
62

63

/>

Đồ thị biểu diễn tuổi bền của dao theo tuổi

36

Hình 3.10

37

Hình 3.11

38

Hình 3.12

39

Hình 3.13

40

Hình 3.14

41

Hình 3.15

42

Hình 3.16

Thiết bị đo lực kết nối với q trình gia cơng

70

43

Hình 3.17

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 1

71

44

Hình 3.18

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 2

71

45

Hình 3.19

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 3

72

46

Hình 3.20

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 4

72

47

Hình 3.21

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 5

73

48

Hình 3.22

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 6

73

49

Hình 3.23

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 7

74

50

Hình 3.24

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 8

74

51

Hình 3.25

Hình ảnh mịn của mảnh dao thí nghiệm 9

75

52

Hình 3.26

53

Hình 3.27

54

Hình 3.28

bền
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc,
lƣợng chạy dao theo thời gian
Bề mặt chỉ tiêu quan hệ giữa vận tốc, lƣợng
chạy dao và nhám bề mặt
Biểu đồ đƣờng mức quan hệ giữa vận tốc,
lƣợng chạy dao và nhám bề mặt
Bản vẽ khuôn ép gạch ốp lát
Trung tâm gia công phay CNC và thiết bị đo
đang gá phôi

Xác định các thành phần lực cắt trong q
trình thí nghiệm 1
Xác định các thành phần lực cắt trong q
trình thí nghiệm 2

64

64

66

66
68
70

75

76

Xác định các thành phần lực cắt trong quá 76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

trình thí nghiệm 3
55

Hình 3.29

56

Hình 3.30

57

Hình 3.31

58

Hình 3.32

59

Hình 3.33

60

Hình 3.34

Xác định các thành phần lực cắt trong q
trình thí nghiệm 4
Xác định các thành phần lực cắt trong q
trình thí nghiệm 5
Xác định các thành phần lực cắt trong quá
trình thí nghiệm 6
Xác định các thành phần lực cắt trong q
trình thí nghiệm 7
Xác định các thành phần lực cắt trong q
trình thí nghiệm 8
Xác định các thành phần lực cắt trong q
trình thí nghiệm 9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

77

77

78

78

79

79

/>

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
- Phay cứng là gia công các chi tiết đã qua tôi (thƣờng là thép hợp
kim) có độ cứng cao khoảng 45 ÷ 45 HRC. Đây là chi tiết làm việc trong
điều kiện chịu ma sát, chịu mài mòn cao. Phƣơng pháp này có thể sử dụng
để thay thế một số phƣơng pháp gia công khác nhƣ mài, gia công bằng
xung điện... Khi chi tiết có hình dạng tƣơng đối phức tạp. Phay cứng cho
năng xuất cao hơn với vốn đầu tƣ ban đầu thấp hơn nhiều, vật liệu thƣờng
sử dụng làm dao phay cứng là các vật liệu phun phủ nhƣ: TiN, TiAlN,
CBN... với vật liệu nền là thép gió hoặc hợp kim cứng để làm tăng khả
năng cắt gọt của chúng, đƣợc nghiên cứu và chế tạo nhiều chủng loại dụng
cụ cắt có nhiều tính năng ƣu việt góp phần nâng cao năng xuất cắt gọt. Với
những dụng cụ cắt có kết cấu phức tạp, việc chế tạo khó khăn thì ứng dụng
đó là một trong những giải pháp mang tính đột phá. So sánh các lớp phủ để
lựa chọn:
Tính chất lý học
Độ cứng (Kg/mm2)

TiN

TiCN

TiAlN

2200-2500

2800-3200

2500-300

550

600

800

Nhiệt độ oxy hóa

=> Dao phay phủ TiAlN là một loại dụng cụ có khả năng cắt tốt.
- Phay thép hợp kim đã qua tôi là một trong các phƣơng pháp gia
công tiên tiến đƣợc sử dụng khá rộng rãi. Đối với các chi tiết đòi hỏi có độ
cứng, độ chính xác cao nhƣng có hình dáng phức tạp, các kích thƣớc kết
cấu có độ chênh lệch lớn với nhau nhƣ bàn ép vỉ thuốc, khuôn mẫu... Nếu
ta gia cơng hồn thiện rồi đem qua tơi thể tích để đạt độ cứng thì các kích
thƣớc nhỏ trên chi tiết sẽ bị biến dạng, làm sai lệch không đáp ứng yêu cầu.
Mặt khác, để giảm bớt các ngun cơng nhƣ mài sau nhiệt luyện, đánh
bóng thì ngƣời ta thay vào đó là phay cứng để đạt năng suất và hiệu quả
kinh tế hơn. Vì vậy, phƣơng pháp này đặc biệt hiệu quả khi gia cơng trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vật liệu cứng, chi tiết có kích thƣớc khơng hợp lý địi hỏi phải qua tơi và
cho độ chính xác cao.
- Đối với q trình gia cơng chi tiết đã qua tơi thì chất lƣợng bề mặt
rất quan trọng vì đây thƣờng là phay tinh, để thực hiện đƣợc cần phải có
dao phay hợp kim cứng có độ cứng và khả năng cắt cao. Những dao phay
này có độ chính xác cao, đắt tiền vì vậy cần nghiên cứu ảnh hƣởng của các
thơng số đến độ mịn và tuổi bền nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế là vấn đề
hết sức quan trọng.
- Dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN là loại dao đƣợc dùng nhiều để
nâng cao chất lƣợng bề mặt và năng suất gia công các chi tiết thép hợp kim
đã qua tơi có độ cứng từ 45 ÷ 55HRC. Do vậy việc tiến hành nghiên cứu
“Nghiên cứu ảnh hƣởng của các thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền của
dao phay hợp kim cứng phủ TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi.” là rất
cần thiết.
2. Mục đích, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu đƣợc mịn và cơ chế mòn của dao phay hợp kim cứng
phủ TiAlN và xác định đƣợc mối quan hệ giữa mòn và tuổi bền của dụng
cụ cắt.
- Xác định đƣợc chế độ cắt hợp lý nâng cao tuổi bền của dụng cụ và
chất lƣợng của sản phẩm.
- Làm tài liệu tham khảo về chế độ cắt khi sử dụng dao phay hợp kim
cứng phủ TiAlN khi gia công các vật liệu thép hợp kim đã qua tôi.
2.2. Đối tƣợng nghiên cứu
- Ảnh hƣởng của các thơng số đến mịn và tuổi bền của dao phay
TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tơi có độ cứng 45 ÷ 55HRC.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Khảo sát hình học của dụng cụ cắt: Dạng lƣỡi cắt, bán kính cong tại
các điểm trên lƣỡi cắt có sự thay đổi gì sau mỗi lần thay đổi thơng số cắt.
Từ đó so sánh các thơng số để lựa chọn đƣợc bộ thông số phù hợp nhất.
Nghiên cứu thực nghiệm: Gia công chi tiết trên máy phay CNC, với
phôi thép hợp kim Cr12MoV đã qua tạo hình dáng và tơi đạt độ cứng 45 ÷
55HRC, dụng cụ cắt là dao phay phủ TiAlN hai lƣỡi cắt ký hiệu VF4MD
(dao phay ngón) của hãng Mitsubishi –Nhật Bản và sử dụng các kết quả
của phần nghiên cứu lý thuyết.
3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Bằng cách nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, đề tài sẽ
làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của q trình gia cơng
thép hợp kim đã qua tơi.
- Nâng cao độ mịn và tuổi bền cho dao phay TiAlN khi phay thép
hợp kim đã qua tôi.
- Các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng bề mặt chi tiết gia công
hiện nay vẫn đƣợc các nhà khoa học trong và ngồi nƣớc quan tâm nghiên
cứu. Đề tài sẽ đóng góp một số kết quả vào hƣớng nghiên cứu này.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu ảnh hƣởng của thông số chế độ cắt đến mòn và tuổi bền
của dao phay TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi để lựa chọn các
thơng số tối ƣu khi gia cơng. Vì thế nghiên cứu này có thể đƣợc ứng dụng
để nâng cao độ mòn và tuổi bền của dao phay khi phay tinh trên máy cơng
cụ CNC.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHAY VÀ PHAY CỨNG
1.1. Khái niệm về q trình phay
Phay là phƣơng pháp gia cơng kim loại, có độ chính xác khơng cao hơn
cấp 4-3 và độ bóng khơng hơn cấp 6; là một trong những phƣơng pháp gia
công đạt năng suất cao nhất.
Bằng phƣơng pháp phay, ngƣời ta có thể gia cơng mặt phẳng, mặt định
hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia cơng mặt xoay tròn, trục then hoa, cắt
ren, bánh răng... Dụng cụ để cắt kim loại khi phay goi là dao phay.
Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều lƣỡi nên q trình cắt ngồi
những đặc điểm giống q trình cắt khi tiện cịn có những đặc điểm sau:
- Do có một số lƣỡi cùng tham gia cắt nên năng suất khi phay cao.
- Lƣỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng với khối lƣợng
thân dao thƣờng lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi gây rung động
trong quá trình cắt.
- Do lƣỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động nên khả
năng tồn tại lẹo dao ít.

H×nh 1.1: Dao phay trơ răng xoắn
(Mặt tr-ớc 1; mặt sau 2; cạnh viền 3; l-ng răng 4; l-ỡi cắt xoắn 5)

S húa bi Trung tâm Học liệu

/>

Hình 1.2: Dao phay mặt đầu

Hình 1.3: Dao phay răng nhän vµ dao phay hít l-ng

1.2. Các yếu tố cắt ca dao phay

Hình 1.4: Các yếu tố cắt khi phay.

1.2.1. Chiều sâu cắt ap
Là khoảng cách giữa bề mặt đã gia công với bề mặt chƣa gia công đo theo
phƣơng vng góc với bề mặt đã gia cơng sau một lát cắt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

1.2.2. Lƣợng chạy dao S.
Lƣợng chạy dao răng Sz (mm/răng): Là lƣợng chạy dao xác định khi dao
quay đƣợc một góc răng.
Lƣợng chạy dao vịng Sv (mm/vịng): Là lƣợng chạy dao xác định sau khi
dao quay đƣợc một vòng.
Lƣợng chạy dao phút Sph (mm/phút): Là lƣợng chạy dao xác định trong
một phút.
Giữa chúng có quan hệ nhƣ sau: Sv= Z . Sz
Sph = n . Sv = n . Z . Sz
1.2.3. Vận tốc cắt khi phay
Trong quá trình phay do sự phối hợp của hai chuyển động tạo hình,
chuyển động quay của dao và chuyển động tịnh tiến của chi tiết gia cơng.
y

dao

n

Vn

Vc

D

Chi tiÕt
Vs
s

Hình 1-5: Tốc độ cắt khi phay

Tốc độ cắt khi phay đƣợc biểu diễn:
Vc  Vn  Vs
Vc 

Vn

2

V

2

s

 2 Vn .Vn .Cos(VnVs )

(1-3)

Dấu (+) ứng với trƣờng hợp phay nghịch. Dấu (-) ứng với trƣờng hợp
phay thuận.
Trong đó:

Vn 

Dn
1000

( m / ph)

Vs  S z .Z .n (m / ph)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

Thực tế thì giá trị của Vs rất nhỏ so với V n khi tính tốn chế độ cắt ngƣời
ta thƣờng bỏ qua lƣợng Vs khi đó cơng thức (1-3) có dạng:
Vc  Vn 

Dn
1000

( m / ph)

1.2.4. Chiều sâu phay t
Là kích thƣớc lớp kim loại đƣợc cắt đi, đo theo phƣơng vng góc với

lực của dao phay ứng với góc tiếp xúc  .
Khi phay bằng dao phay hình trụ răng thẳng và xoắn, dao phay đĩa, dao
phay định hình, dao phay góc thì chiều sâu phay trùng với chiều sâu cắt t0
Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều sâu phay bằng đƣờng kính
dao, khi phay bề mặt vng góc thì chiều sâu phay bằng chiều sâu cắt t0
Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì chiều sâu phay t0
đƣợc đo ứng với góc tiếp xúc  , cịn khi phay đối xứng chiều sâu phay bằng
chiều rộng chi tiết.
1.2.5. Chiều rộng phay B
Là kích thƣớc lớp kim loại đƣợc cắt đo theo phƣơng chiều trục của dao
phay. Khi cắt bằng dao phay hình trụ thì chiều rộng phay bằng chiều rộng chi
tiết, khi phay rãnh bằng dao phay đĩa thì chiều rộng phay bằng chiều dày dao
phay (hay chiều rộng rãnh); Khi phay rãnh bằng dao phay ngón thì chiều rộng
phay bằng chiều sâu rãnh, khi phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu thì
chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt t0 (B = t0).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

1.2.6. Góc tiếp xúc 
Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và chi tiết

D2

t

O



D2

O




t

t
2



t
2

n

s

n

s

l
a)

b)

Hình 1-6: Góc tiếp xúc khi phay: (a) Bằng dao phay trụ; (b) Bằng dao phay mặt đầu

Khi phay bằng dao phay trụ, dao phay ngón, dao phay đĩa và dao phay định hình
góc tiếp xúc đƣợc tính theo cơng thức sau:
Cos  1

2t
D

hay

sin 

1  cos

2

t
D

(1-5)

Khi phay đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:



2



Sin 




2

2t
1
D

 arcSin(

  arcSin(

2t
 1)
D

(1-7)

2t
 1)
D

1.2.7. Chiều dày cắt a khi phay
Chiều dày cắt a khi phay là một trong những yếu tố quan trong của quá
trình phay. Chiều day cắt khi phay là khoảng cách giữa 2 vị trí của quỹ đạo
chuyển động của một điểm trêm lƣỡi cắt ứng với lƣợng chạy dao răng Sz.

Ở trên ta coi gần đúng quỹ đạo chuyển động tƣơng đối của lƣỡi cắt là
đƣờng trịn, do đó chiều dày cắt a đƣợc đo theo phƣơng đƣờng kính của dao.
Trong quá trình phay, chiều dày cắt a biến đổi từ trị số amin đến amax
hoặc từ amax đến amin tùy theo phƣơng pháp phay.
1.3. Các thành phần lực cắt khi phay

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

- Lực cắt tổng R tác dụng lên một răng dao phay cũng nhƣ lực cắt khi
tiện có thể đƣợc phân tích những lực thành phần theo các phƣơng xác định.
- Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng ta có: R  Pr  Pz hoặc R  Pd  Pn
Pz -Lực vòng hay còn gọi là lực tiếp tuyến. Nó là lực cắt chính để tạo phoi,

khi thiết kế hay kiểm tra ngƣời ta tính tốn động lực học của máy theo Pz.
Pr -Lực hƣớng kính tác dụng vng góc với phƣơng trục chính của máy

phay. Nó có xu hƣớng làm võng trục gá dao, đồng thời nó tạo ra một áp lực
trên các ổ của trục chính, do đó gây ra momen ma sát phụ trên ổ. Khi tính
tốn sức bền trục gá dao cũng nhƣ tính tốn ổ trục chính phải dùng lực này.
Pd -Thành phần lực thẳng đứng, tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà

nó có tác dụng đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên. Qua Pd ngƣời ta có thể
tính kết cấu đồ gá kẹp chi tiết và tính áp lực trên bề mặt của sống trƣợt bàn
máy phay.
Từ hình 2-8, ta có quan hệ sau: Pd  Pz sin  i  Pr cos i (1-27)
Dấu (+) khi phay thuận, dấu (-) khi phay nghịch.
Pn -Thành phần lực nằm ngang hay là lực chạy dao vì nó có phƣơng trùng

với phƣơng chạy dao. Tùy theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác
dụng tăng hay khử độ giơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc. Tính tốn cơ
cấu chạy dao cũng nhƣ đồ gá kẹp chi tiết tiến hành theo lực này ta có:
Pn  Pz cos i  Pr sin  i

(1-28)

Dấu (+) khi phay nghịch, dấu (-) khi phay thuận.
Mối quan hệ giữa các lực trên trong điều kiện tiêu chuẩn có giá trị gần
đúng đối với dao phay trụ răng thẳng và xoắn.
Khi phay thuận:

Pr  (0,6  0,8) Pz ;

Pn  (0,8  0,9) Pz ;

Khi phay nghịch:

Pr  (0,6  0,8) Pz ;

Pn  (1,0  1,2) Pz ;

Pd  (0,7  0,9) Pz

Pd  (0,2  0,3) Pz

Ps
P0
Pr



Ps
P0

R

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Q

/>PN

Pz

R

(a)

(b)


Hình 1-7: Lực tác dụng lên răng dao phay trụ răng xoắn

Nếu ta ký hiệu Q là lực tổng tác dụng lên răng xoắn thì nó có thể đƣợc
biểu diễn nhƣ sau: Q  R  P0 hay Q  PN  Pz

(1-29)

R -Thành phần lực tác dụng trong mặt phẳng vng góc với trục dao

theo hình 1-9a, giống nhƣ dao răng thẳng ta có: R  Pr  Pz
PN -Thành phần lực tác dụng vng góc với lƣỡi cắt.
Ps - Thành phần lực dọc trục theo lƣỡi cắt đƣợc tạo ra do ma sát của

phôi trên mặt trƣớc dao theo phƣơng xoắn vít, do đó gây ra sự co rút phoi
theo chiều rộng lớp cắt.
P0 -Lực chiều trục.

Các thành phần lực trên phụ thuộc góc xoắn  và phƣơng răng, giữa
P0, Pz và Ps có quan hệ nhƣ sau: P0 = 0,28Pztg 
Ps = 0,28Pzsin 

(1-30)
(1-31)

Chiều của lực P0 và Ps phụ thuộc phƣơng của rãnh xoắn. Độ lớn của
chúng ngồi phụ thuộc vào Pz cịn phụ thuộc vào góc 
1.4. Q trình phay cứng
Phay cứng là ngun cơng phay các chi tiết đã qua tôi (thƣờng là thép
hợp kim) có độ cứng cao khoảng từ 40 ÷ 65 HRC đƣợc sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp ô tô, chế tạo bánh răng, vịng ổ, dụng cụ, khn mẫu vv… phay
cứng đƣợc sử dụng thay mài khi gia công chính xác các chi tiết máy, khn
mẫu có tỉ số kích thƣớc nhỏ, các chi tiết có hình dáng phức tạp và đạt năng
suất cao.
Phay cứng cho độ chính xác và nhám bề mặt tƣơng đƣơng với mài
nhƣng phay cứng có khả năng tạo nên lớp bề mặt có ứng suất dƣ nén làm tăng
tuổi thọ về mỏi của chi tiết máy trong các tiếp xúc lăn khi sử dụng, cho năng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

suất cao hơn mài với đầu tƣ ban đầu thấp hơn nhiều. Phay cứng thƣờng dùng
trong nguyên công phay tinh với độ chính xác ngang mài, ở một số gia công
khuôn mẫu không sử dụng đƣợc mài mà chỉ sử dụng phƣơng pháp phay tinh
nên các yêu cầu về độ chính xác, độ cứng vững của hệ thống cơng nghệ rất
khắt khe.
Vật liệu thƣờng sử dụng phun phủ làm dao phay cứng là TiN, TiCN,
TiAlN, CrN. Đây là loại vật liệu tổng hợp sử dụng các hợp chất ceramics có
tác dụng làm giảm ma sát giữa vật liệu gia công và các bề mặt của dụng cụ,
dẫn đến nâng cao chất lƣợng bề mặt.
Khi sử dụng mảnh dao với vật liệu phủ có độ cứng khơng phù hợp (độ
cứng thấp), mòn xuất hiện trên cả mặt trƣớc và sau với ba cơ chế mịn khác
nhau là mịn do dính, mịn do cào xƣớc và mịn do nhiệt, trong đó mịn do
nhiệt là cơ chế mịn chính. Mịn ảnh hƣởng trực tiếp đến nhám bề mặt chi tiết
gia công, do vậy nó phải đƣợc nghiên cứu để nắm vững và điều khiển nhằm
giảm tác động của nó và nâng cao chất lƣợng của q trình cắt gọt. Mịn của
dụng cụ cắt là hiện tƣợng lý hố phức tạp trong q trình gia cơng cắt gọt các
vật liệu. Cũng nhƣ mịn của các chi tiết máy, mòn của dụng cụ làm thay đổi
các thơng số hình học dụng cụ và giảm tuổi bền cũng nhƣ khả năng làm việc
của dụng cụ. Mòn của dụng cụ còn ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng và độ
chính xác của bề mặt gia cơng. Đối với q trình gia cơng loạt lớn và tự động
hố, độ mòn và tuổi bền của dụng cụ lại càng đƣợc quan tâm và chú ý hơn do
các ảnh hƣởng của nó tới năng suất và chất lƣợng của sản phẩm chế tạo. Do
vậy, việc nghiên cứu q trình mịn khi phay cứng để nâng cao khả năng làm
việc, nâng cao chất lƣợng bề mặt gia công là cần thiết đối với ngành cơ khí.
Khi phay thép nhiệt luyện bằng dao TiAlN xuất hiện lực cắt đơn vị lớn, do đó
ở vùng tiếp xúc nhiệt độ cắt tăng cao, gây ảnh hƣởng đến tuổi bền của dao và
chất lƣợng lớp bề mặt của chi tiết gia công. Xét về mặt mài mòn của dụng cụ

cắt cần quan tâm tới nhiệt độ lớn nhất trên mặt trƣớc và mặt sau, sự phân bố
nhiệt trên các bề mặt này. Nhƣng việc xác định nhiệt độ lớn nhất này rất khó
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

khăn. Mặt khác nhiệt độ cắt chịu ảnh hƣởng của vận tốc cắt lớn hơn so với
lƣợng chạy dao. Khi phay tinh, chiều sâu cắt nhỏ, vận tốc cắt lớn, áp lực lên
dao nhỏ, nhiệt độ tập trung ở vùng mũi dao cao nên làm dao bị mềm ra và cùn
nhanh.
1.5. Kết luận chƣơng 1
Phay truyền thống trên máy vạn năng và gia công thông thƣờng là một
phƣơng pháp cho năng suất cao nhƣng chất lƣợng bề mặt không cao. Do vậy
phƣơng pháp này thƣờng dùng cho gia công thô và bán tinh.
Hiện nay với sự phát triển của kỹ thuật CNC và các dụng cụ cắt phủ cho
năng suất và chất lƣợng cao. Phay cứng là một phƣơng pháp phay tiên tiến
cho năng suất và chất lƣợng cao thƣờng đƣợc sử dụng phay tinh các bề mặt
sau khi tôi. Do vậy chọn hƣớng nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu ảnh hƣởng
của các thơng số chế độ cắt đến mịn và tuổi bền của dao phay hợp kim cứng
phủ TiAlN khi phay thép hợp kim đã qua tôi” là rất cần thiết và phát triển ứng
dụng vào thực tiễn Việt Nam.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẮT
ĐẾN MÒN VÀ TUỔI BỀN KHI PHAY THÉP HỢP KIM ĐÃ QUA TƠI
BẰNG DAO PHAY HỢP KIM CỨNG PHỦ
2.1. Mịn của dụng cụ khi phay

Độ mòn dao là đại lƣợng xuất hiện trong q trình cắt khi phay. Độ
mịn của dao ảnh hƣởng trực tiếp đến độ chính xác của chi tiết gia cơng. Khi
dao mịn lƣỡi cắt thƣờng bị vê trịn dẫn đến cơ chế q trình cắt bị ảnh hƣởng,
lớp bề mặt bị biến dạng nhiều hơn, do đó khơng chỉ chiều chiều cao nhấp nhơ
của lớp bề mặt mà cơ tính lớp bề mặt cũng thay đổi. Điều này làm cho lực cắt
trong q trình gia cơng thay đổi gây ra rung động nhiều hơn, các rung động
này lại ảnh hƣởng ngƣợc lại đến lực cắt và nhiệt cắt. Vì vậy để đánh gia độ
mịn dao thơng qua việc xác định chất lƣợng lớp bề mặt chi tiết gia công.
Thông thƣờng khi gia công, chiều cao nhấp nhơ tế vi bề mặt thay đổi đột ngột
thì cần phải thay đổi dụng cụ gia cơng. Do đó phải mơ hình hố q trình mịn
khi phay, việc xây dựng mơ hình q trình mịn dao khi phay chẳng những
xây dựng đƣợc cơ sở cho việc giải bài toán tối ƣu khi phay mà còn làm sáng
tỏ các vấn đề liên quan đến việc tự điều chỉnh dao và thay dao tự động thông
qua tuổi bền của dao.
Trong hầu hết các quá trình cắt kim loại, khả năng cắt của dụng cụ sẽ
giảm dần đến một lúc nào đó dụng cụ sẽ khơng tiếp tục cắt đƣợc do mịn hoặc
hỏng hồn tồn. Mịn dụng cụ là chỉ tiêu chính đánh giá khả năng làm việc
của dụng cụ bởi vì nó hạn chế tuổi bền của dụng cụ. Mòn dụng cụ ảnh hƣởng
trực tiếp đến độ chính xác gia cơng, chất lƣợng bề mặt và tồn bộ khía cạnh
kinh tế của q trình gia cơng. Sự phát triển và tìm kiếm những vật liệu dụng
cụ mới cũng nhƣ biện pháp công nghệ mới để tăng khả năng bền của bề mặt
nhƣ phủ các vật liệu TiN, TiAlN, CBN,… chính là nhằm tăng khả năng chống
mịn của dụng cụ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>